(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＰからなる半導体基板の上に無機絶縁材料からなる第１絶縁層を形成する第１絶縁層形成工程と、
前記第１絶縁層の上に有機絶縁材料からなる第２絶縁層を形成する第２絶縁層形成工程と、
前記第１絶縁層および前記第２絶縁層をパターニングして前記半導体基板の表面が露出する開口部を備えるマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、
ヨウ化水素ガスまたは臭化水素ガスを用いた、温度条件が１８０℃以下のドライエッチング法により前記マスクパターンをマスクとして前記半導体基板を選択的にエッチングして前記半導体基板に開口パターンを形成する開口パターン形成工程とを少なくとも備え、
前記有機絶縁材料は、耐熱温度が１８０℃以上である、ポリイミド、ベンゾシクロブテン、ポリベンゾオキサゾール、アリーレンエーテル系ポリマー、シロキサン系ポリマー、および芳香族炭化水素系ポリマーの中より選択されたものであることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】
請求項１記載のドライエッチング方法において、
前記無機絶縁材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、および酸窒化シリコンの中より選択されたものであることを特徴とするドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩｎＰのドライエッチング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の通信技術の高速化・大容量化に対応し、従来用いられてきたＧａＡｓ系材料の代わりにＩｎＰ系材料を用いて作製された、高速動作可能なトランジスタなどの半導体装置への期待が増大している。
【０００３】
ミリ波帯などの高い周波数帯で半導体装置の性能を十分引き出すためには、グランド強化、半導体装置の放熱性向上、および基板への実装容易化などを可能とするビア形成技術が重要になる。この技術を実現するためには、厚さ５０〜１００μｍ程度に薄層化された半導体装置（ＩｎＰ基板）に、基板を貫通するビアホールを形成するエッチング技術が必要である。
【０００４】
厚さ５０〜１００μｍ程度に薄層化されたＩｎＰ基板は非常にもろいため、ガラス等の支持基板に接着剤を用いて貼付けて、プロセスを行う必要があるが、このような接着剤の耐熱性は２００℃以下と低い。プロセスマージンを考えるとエッチング温度は１８０℃以下が望ましい。
【０００５】
ウエットエッチング法は室温程度でＩｎＰ基板のエッチングが可能であるが、エッチングが基板の平面方向に進んでしまうサイドエッチングの量が多く、かつ、ＩｎＰはＧａＡｓと比較して結晶の面方向によるエッチング速度の異方性が強いため、実用的な寸法のビアホール形成が困難である。
【０００６】
これに対し、ドライエッチング法では、サイドエッチング量の低減が可能であり、また、結晶異方性も問題とならない。しかしながら、ＩｎＰのドライエッチングを可能とする塩素ガスを用いる場合、ＩｎＰと塩素ガスの反応生成物である塩化インジウムの蒸気圧が低いため、適当なエッチング速度を得るためには２００℃以上の温度が必要とされる。したがって、２００℃以下では十分なエッチング速度が得られないという問題がある。
【０００７】
上述した塩素ガスを用いたドライエッチングの問題に対し、ヨウ化水素ガスもしくはヨウ化水素ガスと塩素ガスとの混合ガスを用い、より低い温度（１００℃程度）でドライエッチングができるようにする技術が提案されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】K.Kotani,et.al.，“High Etch Rate and Low Temperature InP Backside Via Etching Using HI-based Inductively Coupled Plasma”，2004 International Conference on Indium Phosphide and Related Materials，Conference proceedings，16th IPRM，pp.717-720，2004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ヨウ化水素ガスによるドライエッチングを行う場合、基板温度は１００℃前後でエッチングできるため、一般的なフォトレジストをマスクパターンとして用いる。しかし、エッチング速度を上げるため、エッチングパワーを高くすると、マスク表面の温度がかなり上昇するため、マスクパターンが変形し、所望の形状が得られないという問題があった。マスクパターンの変形を抑制するためには、エッチングパワーを低く抑える必要があり、十分なエッチング速度が得られないという問題があった。また、ＩｎＰ基板のエッチングによく用いられる臭化水素ガスの場合も同様である。
【００１０】
これに対し、エッチングに用いるマスクに、耐熱性に優れたニッケルなどの金属を用いる方法がある。しかしながら、ドライエッチングにおいてはマスク金属も若干エッチングされる。エッチングされた金属の一部はビアホール部に再付着し、この再付着物が微小なマスクパターンとなり、エッチング残りを発生させるなど安定性に欠けるという問題があった。
【００１１】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、低温でもＩｎＰ基板をドライエッチング法により高速でエッチングできるようにすることで生産性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のドライエッチング方法は、ＩｎＰからなる半導体基板の上に無機絶縁材料からなる第１絶縁層を形成する第１絶縁層形成工程と、前記第１絶縁層の上に有機絶縁材料からなる第２絶縁層を形成する第２絶縁層形成工程と、前記第１絶縁層および前記第２絶縁層をパターニングして前記半導体基板の表面が露出する開口部を備えるマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、ヨウ化水素ガスまたは臭化水素ガスを用いた、温度条件が１８０℃以下のドライエッチング法により前記マスクパターンをマスクとして前記半導体基板を選択的にエッチングして前記半導体基板に開口パターンを形成する開口パターン形成工程とを少なくとも備え、前記有機絶縁材料は、耐熱温度が１８０℃以上である、ポリイミド、ベンゾシクロブテン、ポリベンゾオキサゾール、アリーレンエーテル系ポリマー、シロキサン系ポリマー、および芳香族炭化水素系ポリマーの中より選択されたものであることを特徴とするものである。
また、本発明のドライエッチング方法の１構成例において、前記無機絶縁材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、および酸窒化シリコンの中より選択されたものである。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、無機絶縁材料からなる第１絶縁層と有機絶縁材料からなる第２絶縁層とから構成されるマスクパターンをマスクとし、ヨウ化水素ガスまたは臭化水素ガスを用いたドライエッチング法によりＩｎＰからなる半導体基板をエッチングするので、低温でもＩｎＰからなる半導体基板をドライエッチング法により高速でエッチングできるようになるという優れた効果が得られる。本発明では、薄い半導体基板を接着剤によって支持基板に貼り付ける場合でも、接着剤の耐熱温度よりも低い温度で、高速なエッチングが可能となる。また、本発明では、エッチングパワーを低く抑えることができるので、マスクパターンの変形を抑制することができる。また、本発明では、エッチングに用いるマスクに、ニッケルなどの金属を用いる必要がないので、安定した状態でエッチングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の実施の形態に係るドライエッチング方法の各工程における状態を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の実施の形態に係るドライエッチング方法の各工程における状態を示す断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の実施の形態に係るドライエッチング方法の各工程における状態を示す断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明の実施の形態に係るドライエッチング方法の各工程における状態を示す断面図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、本発明の実施の形態に係るドライエッチング方法の各工程における状態を示す断面図である。
【図１Ｆ】図１Ｆは、本発明の実施の形態に係るドライエッチング方法の各工程における状態を示す断面図である。
【図１Ｇ】図１Ｇは、本発明の実施の形態に係るドライエッチング方法の各工程における状態を示す断面図である。
【図１Ｈ】図１Ｈは、本発明の実施の形態に係るドライエッチング方法の各工程における状態を示す断面図である。
【図１Ｉ】図１Ｉは、本発明の実施の形態に係るドライエッチング方法の各工程における状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。まず、図１Ａに示すように、ＩｎＰ基板１０１を、例えば、ガラス製の支持基板１０２の上に接着剤１０３を用いて貼り合わせる。次に、図１Ｂに示すように、ＩｎＰ基板１０１を研磨し、厚さを５０μｍまで薄くする。
【００１６】
次に、図１Ｃに示すように、ＩｎＰ基板１０１の上に無機絶縁材料からなる第１絶縁層１０４を形成する。例えば、スパッタ法によりＩｎＰ基板１０１の上に酸化シリコンを堆積することで、層厚０．１μｍ程度の第１絶縁層１０４を形成すればよい。
【００１７】
次に、図１Ｄに示すように、第１絶縁層１０４の上に有機絶縁材料からなる第２絶縁層１０５を形成する。例えば、有機絶縁材料であるベンゾシクロブテンをスピンコート法により塗布し、この塗布膜を１８０℃・１時間の加熱条件で加熱処理して熱硬化することで、層厚１５μｍの第２絶縁層１０５を形成すればよい。このように、有機絶縁材料を用いることで、１０μｍを超える厚い絶縁層が、容易に形成できるようになる。
【００１８】
また、本実施の形態では、有機絶縁材料を用いて第２絶縁層１０５を形成しているので、第２絶縁層１０５の層厚を厚くしても大きな応力が発生することがなく、ＩｎＰ基板１０１の破損などが抑制できるようになる。よく知られているように、酸化シリコンや窒化シリコンなどの無機絶縁材料を１０μｍ程度の厚さの層に形成すると、大きな応力が発生し、このような層を形成した基板にクラックなどを発生させる場合がある。これに対し、本実施の形態では、上述したような有機絶縁材料を用いることで、１５μｍと厚い層を形成しても、ＩｎＰ基板１０１に損傷を与えることがない。
【００１９】
また、本実施の形態によれば、第２絶縁層１０５とＩｎＰ基板１０１との間に第１絶縁層１０４を設けているので、有機絶縁材料からなる第２絶縁層１０５のＩｎＰ基板１０１からの剥離を抑制できるようになる。一般に、有機絶縁材料は、ＩｎＰ基板との密着性がよくない。これに対し、無機絶縁材料の層は、有機絶縁材料の層およびＩｎＰ基板の両者に対して良好な密着性が得られる。したがって、第１絶縁層１０４を設けることで、第２絶縁層１０５の剥がれを抑制できるようになる。このように、第１絶縁層１０４は、密着性向上のために形成するので、例えば、一様な膜となる厚さに形成すればよく、前述したように層厚０．１μｍ程度でよい。このため、第１絶縁層１０４の存在により大きな応力が発生することがなく、ＩｎＰ基板１０１に損傷を与えることがない。
【００２０】
次に、図１Ｅに示すように、第２絶縁層１０５の上に、開口部１０６ａを備えるレジストパターン１０６を形成する。例えば、よく知られたフォトレジストを塗布して膜厚２０μｍ程度のフォトレジスト膜を形成し、形成したフォトレジスト膜を公知のフォトリソグラフィー技術によりパターニングすることで、レジストパターン１０６を形成すればよい。レジストパターン１０６は、厚さ２０μｍ程度に形成される。
【００２１】
次に、図１Ｆに示すように、レジストパターン１０６をマスクとした選択的なエッチングにより第２絶縁層１０５および第１絶縁層１０４をパターニングし、ＩｎＰ基板１０１の表面が露出する開口部１０７を形成する。例えば、ＣＦ4および酸素の混合ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法などにより、第２絶縁層１０５および第１絶縁層１０４を選択的にエッチングすればよい。
【００２２】
次に、レジストパターン１０６を除去し、図１Ｇに示すように、ＩｎＰ基板１０１の上に、開口部１０７を備えるマスクパターン１０８が形成された状態とする。マスクパターン１０８は、第１絶縁層１０４および第２絶縁層１０５から構成され、開口部１０７を備える。レジストパターン１０６は、例えば、有機溶剤に溶解させることで除去（剥離）することができる。このとき、ベンゾシクロブテンからなる第２絶縁層１０５は、フォトレジストを溶解する一般的な有機溶剤に溶解することがない。言い換えると、レジストパターン１０６の除去では、第２絶縁層１０５が溶解しない有機溶剤を用いればよい。
【００２３】
次に、例えばヨウ化水素ガスを用いたドライエッチング法によりマスクパターン１０８をマスクとしてＩｎＰ基板１０１を選択的にエッチングすることで、図１Ｈに示すように、ＩｎＰ基板１０１にビアホール（開口パターン）１０９を形成する。例えば、温度条件を１００℃程度とし、ヨウ化水素ガスを用いた反応性イオンエッチング法によりＩｎＰ基板１０１をエッチングすればよい。
【００２４】
最後に、マスクパターン１０８を除去すれば、図１Ｉに示すように、貫通するビアホール１０９を備えるＩｎＰ基板１０１が得られる。例えば、ＣＦ4および酸素の混合ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、第１絶縁層１０４および第２絶縁層１０５から構成されたマスクパターン１０８を選択的に除去することができる。
【００２５】
上述した本実施の形態によれば、ＣＦ4、酸素、およびヨウ化水素ガスなどのガスを用いたドライエッチング、スピン塗布、溶剤による剥離など、一般に用いられている半導体装置の製造工程により、５０μｍを超える厚さのＩｎＰ基板に、貫通する開口パターンを形成することができる。このように、本実施の形態によれば、低温でもエッチング速度を高くすることが可能となり、生産性を向上させることができる。
【００２６】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形が実施可能であることは明白である。例えば、本実施の形態では、無機絶縁材料として酸化シリコンを用いたが、これに限るものではなく、例えば、窒化シリコン、酸窒化シリコンなどの無機絶縁材料であってもよい。
【００２７】
また、本実施の形態では、ヨウ化水素ガスまたは臭化水素ガスを用いたＩｎＰ基板のドライエッチング工程において、温度条件を１００℃としたが、この温度条件は１８０℃以下でよい。
【００２８】
また、本実施の形態では、有機絶縁材料として、ベンゾシクロブテンを用いたが、これに限るものではなく、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、アリーレンエーテル系ポリマー、シロキサン系ポリマー、または芳香族炭化水素系ポリマーなどの有機絶縁材料を用いることができる。これらの有機絶縁材料は、感光性でも非感光性でも問題無く、ヨウ化水素ガスまたは臭化水素ガスを用いたＩｎＰ基板のドライエッチング工程における温度条件以上の耐熱温度を有していればよい。
【００２９】
ヨウ化水素ガスまたは臭化水素ガスを用いたドライエッチング工程では、上述したように温度条件を最大でも１８０℃とすればよいので、有機絶縁材料の耐熱温度としては、１８０℃以上あればよいものと考えられる。したがって、有機絶縁材料としては、耐熱温度が１８０℃以上である、ベンゾシクロブテン、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、アリーレンエーテル系ポリマー、シロキサン系ポリマー、および芳香族炭化水素系ポリマーのいずれかを用いればよい。これらの材料であれば、１８０℃以下の温度条件によるドライエッチング工程では、パターン変形や変質などを起こさない。
【００３０】
また、本実施の形態では、ＩｎＰ基板のドライエッチング工程において、ヨウ化水素ガスまたは臭化水素ガスを用いるようにしたが、このドライエッチングにおいては、ヨウ化水素または臭化水素のみに限るものではなく、ヨウ化水素または臭化水素を主ガスとし、アルゴン、ヘリウム、窒素または酸素を添加した混合ガスを用いるようにしてもよい。
【００３１】
また、本実施の形態では、有機絶縁材料のパターニング工程において、フォトレジストをマスクに用いたＲＩＥ法を用いたが、有機絶縁材料が感光性の場合は、一般的なフォトリソグラフィー技術によりパターニングしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、ＩｎＰのドライエッチング技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０１…ＩｎＰ基板、１０２…支持基板、１０３…接着剤、１０４…第１絶縁層、１０５…第２絶縁層、１０６…レジストパターン、１０６ａ…開口部、１０７…開口部、１０８…マスクパターン、１０９…ビアホール（開口パターン）。
【図１Ａ】
0005399980.tif 000002
【図１Ｂ】
0005399980.tif 000003
【図１Ｃ】
0005399980.tif 000004
【図１Ｄ】
0005399980.tif 000005
【図１Ｅ】
0005399980.tif 000006
【図１Ｆ】
0005399980.tif 000007
【図１Ｇ】
0005399980.tif 000008
【図１Ｈ】
0005399980.tif 000009
【図１Ｉ】
0005399980.tif 000010